Dihibridinio Kryžminimo Sprendėjas: Genetikos Punnett Kvadrato Skaičiuotuvas

Kas yra dihibridinio kryžminimo skaičiuoklė?

Dihibridinio kryžminimo skaičiuoklė numato palikuonių genotipus ir fenotipus iš karto dviem genams. Ji sudaro Punnetto kvadratą pagal abiejų tėvų genotipus ir parodo gautų požymių santykį. Biologijos studentai, mokytojai ir selekcininkai ją naudoja dihibridinio kryžminimo uždaviniams patikrinti, nepiešdami tinklelio ranka.

Kas yra dihibridinis kryžminimas?

Dihibridinis kryžminimas parodo, kaip du genai tuo pačiu metu perduodami iš tėvų palikuonims. Gregoras Mendelis pirmasis tai ištyrė 1860-aisiais, kryžmindamas žirnius, kurie skyrėsi sėklų forma ir spalva.

Kaip tai veikia, paaiškina keli terminai.

• Alelis: viena geno forma. Didžioji raidė (A, B) žymi dominantinį alelį. Mažoji raidė (a, b) žymi recesyvinį alelį.
• Genotipas: organizmo genetinė sandara, užrašoma raidžių deriniu, pavyzdžiui, AaBb.
• Fenotipas: požymis, kurį organizmas iš tikrųjų rodo. Dominantinis alelis paslepia recesyvinį, todėl AA ir Aa atrodo vienodai.
• Homozigotinis: abu geno aleliai sutampa (AA arba aa).
• Heterozigotinis: du geno aleliai skiriasi (Aa).

Kaip apskaičiuoti dihibridinį kryžminimą

Dihibridinis kryžminimas remiasi nepriklausomo genų kombinavimosi principu: susidarant gametoms, vieno geno aleliai atsiskiria nepriklausomai nuo kito geno alelių. Todėl kiekvieno iš tėvų aleliai gali laisvai susijungti.

1. Užrašykite kiekvieno iš tėvų genotipą, pavyzdžiui, AaBb.
2. Išvardykite gametas. Taikant Punnetto kvadrato metodą, kiekvienam iš tėvų skiriamos keturios gametų vietos: po vieną kiekvienam alelio iš geno 1 ir alelio iš geno 2 deriniui. Tėvas arba motina, heterozigotinis abiejų genų atžvilgiu (AaBb), šias vietas užpildo keturiomis skirtingomis gametomis: AB, Ab, aB, ab. Tėvas arba motina, homozigotinis abiejų genų atžvilgiu (AABB), jas užpildo keturiomis vienos gametos kopijomis: AB, AB, AB, AB.
3. Sudarykite 4×4 Punnetto kvadratą. Vieno iš tėvų keturias gametas išdėstykite viršuje, kito – kairėje, tada kiekviename iš 16 langelių įrašykite bendrą genotipą.
4. Suskaičiuokite fenotipus. Sugrupuokite 16 palikuonių pagal jų rodomus požymius, tada kiekvieną grupę paverskite 16 dalimi.

Kai abu tėvai yra heterozigotiniai (AaBb × AaBb), gaunamas klasikinis fenotipų santykis:

• 9/16 rodo abu dominantinius požymius (A_B_)
• 3/16 rodo dominantinį požymį 1 ir recesyvinį požymį 2 (A_bb)
• 3/16 rodo recesyvinį požymį 1 ir dominantinį požymį 2 (aaB_)
• 1/16 rodo abu recesyvinius požymius (aabb)

Apatinis brūkšnys reiškia „bet kuris alelis“, nes jis nekeičia fenotipo.

Šis 9:3:3:1 santykis taip pat gaunamas sudauginus du atskirus 3:1 santykius: 3/4 × 3/4 = 9/16 abiem dominantiniams požymiams, 3/4 × 1/4 = 3/16 kiekvienam vieno dominantinio požymio atvejui ir 1/4 × 1/4 = 1/16 abiem recesyviniams požymiams.

Pavyzdys 1: heterozigotinis × heterozigotinis (AaBb × AaBb)

Abu tėvai sudaro keturių tipų gametas: AB, Ab, aB, ab.

Fenotipų santykis:

• A_B_ (abu dominantiniai): 9/16 (56,25 %)
• A_bb (dominantinis 1, recesyvinis 2): 3/16 (18,75 %)
• aaB_ (recesyvinis 1, dominantinis 2): 3/16 (18,75 %)
• aabb (abu recesyviniai): 1/16 (6,25 %)

Pavyzdys 2: homozigotinis dominantinis × homozigotinis recesyvinis (AABB × aabb)

Abu tėvai yra homozigotiniai, todėl kiekvienas sudaro tik vieną atskirą gametą: AB tėvas 1 ir ab tėvas 2. Kadangi skaičiuoklė visada pateikia po keturias gametas iš kiekvieno iš tėvų, ta viena gameta tiesiog kartojama keturis kartus: AB, AB, AB, AB ir ab, ab, ab, ab. Punnetto kvadratas vis tiek yra 4×4 tinklelis iš 16 langelių, tačiau kiekviename langelyje yra tas pats genotipas.

Visi palikuonys yra AaBb ir rodo abu dominantinius požymius.

Fenotipų santykis:

• A_B_ (abu dominantiniai): 16/16 (100,00 %)

Pavyzdys 3: heterozigotinis × homozigotinis dominantinis (AaBb × AABB)

Tėvas arba motina 1 (AaBb) sudaro keturias skirtingas gametas: AB, Ab, aB, ab. Tėvas arba motina 2 (AABB) yra homozigotinis, todėl vienintelis jo gametų tipas AB kartojamas keturis kartus: AB, AB, AB, AB. Rezultatas vis tiek yra 4×4 dydžio tinklelis su 16 langelių; kiekviena iš tėvo arba motinos 1 keturių gametų keturis kartus suporuojama su AB, todėl kiekviena eilutė kartojasi visuose keturiuose stulpeliuose.

Pasirodo keturi skirtingi genotipai, kiekvienas sudaro 4 iš 16 langelių: AABB, AABb, AaBB ir AaBb. Kiekvienas iš jų turi bent po vieną dominantinį alelį kiekviename gene, todėl visi palikuonys rodo abu dominantinius požymius.

Fenotipų santykis:

• A_B_ (abu dominantiniai): 16/16 (100,00 %)

Kaip naudoti šią skaičiuoklę

1. Įveskite kiekvieno iš tėvų genotipą formatu AaBb: didžiosiomis raidėmis žymimi dominantiniai aleliai, mažosiomis – recesyviniai; pirmoji pora skirta genui 1, antroji – genui 2.
2. Skaičiuoklė patikrina keturis dalykus. Kiekvieną genotipą turi sudaryti tiksliai keturios raidės. Dvi poros raidės turi būti to paties geno raidės, todėl Aa priimamas, o Ab – ne. Du vieno genotipo genai turi būti žymimi skirtingomis raidėmis, todėl AaAa atmetamas. Abu tėvai turi nurodyti tuos pačius du genus.
3. Du genai gali būti užrašyti bet kuria tvarka. BbAa laikomas tokiu pačiu genotipu kaip AaBb, todėl AaBb × BbAa yra toks pats kryžminimas kaip AaBb × AaBb.
4. Kvadratas ir santykis atnaujinami rašant. Spausti mygtuko nereikia.
5. Santykis žymimas pagal požymį, o ne pagal raidę. „Dominantinis požymis 1“ reiškia, kad genas 1 rodo dominantinę formą (A_), o „recesyvinis požymis 2“ reiškia, kad genas 2 rodo recesyvinę formą (bb). Kryžminant AaBb × AaBb, įrankis pateikia „Dominantinis požymis 1, dominantinis požymis 2: 9/16 (56,25 %)“.
6. Naudokite kopijavimo mygtuką, kad išsaugotumėte tinklelį ir santykį kaip tekstą, arba nustatymo iš naujo mygtuką, kad grįžtumėte prie numatytojo AaBb × AaBb kryžminimo.

Dihibridinio kryžminimo skaičiavimų taikymas

Biologijos kursuose dihibridinis kryžminimas naudojamas tikimybei ir Mendelio paveldėjimui mokyti. Augalų ir gyvūnų selekcininkai taiko tą pačią matematiką, kad numatytų, kurie požymių deriniai pasirodys palikuonims, prieš atlikdami tikrą kryžminimą. Genetikos konsultantai nepriklausomo alelių pasiskirstymo principą naudoja paveldėjimo rizikai dėl dviejų nesusijusių būklių paaiškinti. Tyrėjai jį taiko nustatydami tikėtinus santykius prieš lygindami juos su eksperimentiniais duomenimis.

Punnetto kvadratas yra vienas iš kelių būdų išspręsti tą pačią problemą. Apskaičiuojant tikimybę, atskirai sudauginamos kiekvieno požymio tikimybės, pavyzdžiui, 3/4 × 3/4 = 9/16 dviem dominantiniams požymiams kryžminant AaBb × AaBb. Šakotoji diagrama arba šakotų linijų metodas duoda tuos pačius skaičius, kiekvieno geno baigtis nagrinėjant kaip atskiras šakas. Visi trys metodai remiasi ta pačia nepriklausomo alelių pasiskirstymo taisykle ir duoda vienodus santykius, kai abu genai yra skirtingose chromosomose.

Tikrasis paveldėjimas kartais nukrypsta nuo šio modelio. Toje pačioje chromosomoje esantys arti vienas kito genai paveldimi kartu dažniau, nei numato nepriklausomas alelių pasiskirstymas; šis reiškinys vadinamas genų susietumu. Kai kurios genų poros sąveikauja taip, kad vienas genas užmaskuoja kito poveikį; tai vadinama epistaze. Šioje skaičiuoklėje daroma prielaida, kad genai nesusiję ir pasižymi visišku dominantumu – tai įprastas mokyklinis atvejis.

Istorija

Gregoras Mendelis, augustinų vienuolis, pirmuosius dokumentuotus dihibridinio kryžminimo eksperimentus su žirniais atliko 1860-aisiais, kartu stebėdamas sėklų formą ir spalvą. Jo 1866 m. straipsnyje aprašytas gautas 9:3:3:1 santykis, kuris paskatino suformuluoti dabar vadinamą nepriklausomo alelių pasiskirstymo dėsnį. Mendelio darbas ilgą laiką liko nepastebėtas, kol 1900 m. Hugo de Vriesas, Carlas Corrensas ir Erichas von Tschermakas nepriklausomai iš naujo atrado tuos pačius dėsningumus ir taip pradėjo šiuolaikinės genetikos raidą. Vėlesni Thomaso Hunto Morgano eksperimentai su vaisinėmis muselėmis parodė, kad toje pačioje chromosomoje esantys genai ne visada pasiskirsto nepriklausomai, ir atskleidė genetinio susietumo atvejį.

Dažnai užduodami klausimai

Kas yra dihibridinis kryžminimas? Dihibridinis kryžminimas – tai dviejų organizmų kryžminimas, kai iš karto stebimi du genai. Sukryžminus du dvigubus heterozigotus (AaBb × AaBb), palikuonių fenotipų santykis yra 9:3:3:1, kai abiem genams būdingas visiškas dominantumas.

Kodėl santykis yra 9:3:3:1? Jis gaunamas suderinus du nepriklausomus 3:1 santykius, po vieną kiekvienam genui: 3/4 × 3/4 = 9/16 abiem dominantiniams požymiams, 3/4 × 1/4 = 3/16 kiekvienam vieno dominantinio požymio deriniui ir 1/4 × 1/4 = 1/16 abiem recesyviniams požymiams.

Kuo skiriasi genotipas ir fenotipas? Genotipas – tai alelių, kuriuos turi organizmas, visuma, pavyzdžiui, AaBb. Fenotipas – tai genotipo nulemtas požymis, pavyzdžiui, abiejų požymių dominantinių formų raiška.

Ar dihibridinis kryžminimas visada sukuria po keturias skirtingas gametas iš kiekvieno iš tėvų? Taikant Punnetto kvadrato metodą, kiekvienam iš tėvų visada skiriamos keturios gametų vietos. Heterozigotinio tėvo arba motinos keturios gametos iš tikrųjų skiriasi (AB, Ab, aB, ab). Homozigotinės motinos arba tėvo keturios gametos yra identiškos vieno tipo kopijos (pavyzdžiui, AB, AB, AB, AB), todėl homozigotiniai kryžminimai susiaurėja iki vieno pasikartojančio genotipo, nors tinklelyje vis tiek yra 16 langelių.

Ar ši skaičiuoklė gali nagrinėti susijusius genus arba kodominavimą? Ne. Daroma prielaida, kad abu genai yra skirtingose chromosomose ir pasiskirsto nepriklausomai, o kiekvienam genui būdingas visiškas dominantumas. Susiję genai ir kodominantiniai arba nevisiškai dominantiniai aleliai sukuria kitokius santykius, nei apskaičiuoja šis įrankis.

Ar tai tinka žmogaus požymiams? Ta pati matematika taikoma bet kuriems dviem genams, kuriems būdingas paprastas dominantinis–recesyvinis paveldėjimas, įskaitant kai kuriuos žmogaus požymius. Tačiau daugumą žmogaus požymių lemia daugiau nei vienas genas arba aplinka, todėl šis paprastas modelis jų tiksliai neapibūdins.

Šaltiniai

1. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. ir Palladino, M. A. (2019). Concepts of Genetics (12-asis leidimas). Pearson.
2. Pierce, B. A. (2017). Genetics: A Conceptual Approach (6-asis leidimas). W. H. Freeman.
3. Mendel, G. (1866). „Experiments on Plant Hybridization.“ Proceedings of the Natural History Society of Brünn.
4. National Human Genome Research Institute. „Dihybrid Cross.“ genome.gov/genetics-glossary/Dihybrid-Cross